JP2008089897A - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置及びそれを備えた画像形成装置の信頼性を極めて低廉にて大幅に向上させることを可能とする。
【解決手段】凹凸形状の表面をなす低放熱部１３と、平滑形状の表面をなす高放熱部１２，１２とを軸方向に並列した構成としたことにより、放熱ローラ１０ｃの低放熱部１３及び高放熱部１２を低コストな表面加工によって容易に形成可能とし、温度上昇する非通紙領域の放熱を重点的に行って加圧ローラ１０ｂの軸方向温度分布の均一化を容易かつ低コストで実現させるとともに、通紙領域に対応して凹凸形状を有する低放熱部１３によって加圧ローラ１０ｃに付着したトナーの汚れを掻き取るクリーニング効果も同時に得ることを可能としたもの。
【選択図】図２

Description

本発明は、シート状記録媒体に形成されたトナー像を定着させる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式を採用する複写機やプリンタ等の各種画像形成装置においては、例えば図１に示されているプリンタ１のように、外部から送信された画像情報がレーザースキャナ２からレーザー光として感光ドラム６の表面に照射され、それによって当該感光ドラム６の表面に画像が静電潜像として形成される。感光ドラム６上に形成された静電潜像は、現像装置４から供給されるトナーにより現像されてトナー像に顕像化され、給紙カセット８から給紙ローラ９によって給紙されるコピー用紙等のシート状記録媒体に転写装置７の転写作用によって上記トナー像の転写が行われる構成になされている。

さらに、上述したようにしてトナー像を形成されたシート状記録媒体は、定着装置１０内に配置された加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂとの間のニップ部内に送り込まれるが、加熱ローラ１０ａにはヒータが内蔵されており、当該加熱ローラ１０ａのヒータによる加熱作用によってシート状記録媒体上のトナーが溶融されると同時に、溶融したトナー像に対して加圧ローラ１０ｂから加圧作用が付与されることによってシート状記録媒体に対してトナー像の定着が行われるようになっている。

これらの加熱ローラ１０ａ及び加圧ローラ１０ｂは、複数のシート状記録媒体サイズに対応可能とするために最大幅を有するシート状記録媒体のサイズに適応した軸方向幅を備えているが、それらの加熱ローラ１０ａ及び加圧ローラ１０ｂの軸方向幅より小さいサイズのシート状記録媒体が連続して通紙されると、シート状記録媒体の通紙領域（軸方向中央部分）では定着処理のために熱消費が連続して行われる一方、非通紙領域（軸方向両端部分）においては熱消費がなされないため、それら通紙領域と非通紙領域との間で温度差が拡大することとなる。

上述したような加圧ローラ１０ｂの温度変化に対して、当該加圧ローラ１０ｂのローラ部分は、通常、ゴム等の熱膨張性材質から形成されるために温度の高い非通紙領域（軸方向両端部分）において熱膨張が大きくなってしまい、例えば図１０に示されているように軸方向において直径差が生じることとなる。その結果、定着処理が行われる通紙領域（軸方向中央部分）における加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂとのニップ量が減少して定着性の低下をさせるおそれがあることから、従来では、定着性を確保するために定着温調を昇温方向に制御することが必要となっている。

なお、上述した図１０の場合には、加圧ローラ１０ｂの軸方向中央位置を基準としたセンター基準の通紙が行われているが、軸方向の一端部分を基準とした端部基準の通紙が行われる場合には、加圧ローラ１０ｂの一端部分から所定位置に至るまでの通紙領域と他の部分の非通紙領域との間に直径差が生じることとなる。

このような加圧ローラ１０ｂに生じる軸方向の温度差を解消するために、例えば図１１に示されているような放熱ローラ１０ｃが、加圧ローラ１０ｂに対して接触回転されるようにして配置されることが従来から行われている。放熱ローラ１０ｃは、アルミ等の熱伝導性（放熱性）の良好な材質から形成されており、当該放熱ローラ１０ｃを通して加圧ローラ１０ｂの熱を拡散させる構成になされている。

しかしながら、加圧ローラ１０ｂの放熱を必要とする部分がシート状記録媒体が通過されない非通紙領域のみであることから、放熱ローラ１０ｃを単に設けただけでは、放熱ローラ１０ｃによる加圧ローラ１０ｂの熱放散が軸方向において均等に行われてしまい、加圧ローラ１０ｂの軸方向の温度分布を均一化させることができないという問題がある。

なお、このような問題に対して、放熱ローラを、放熱性の異なる材料で軸方向に分割して構成するようにした定着装置も提案されているが（下記の特許文献１参照）、当該提案にかかる装置では、放熱性の異なる樹脂材やアルミニウム材を軸方向に接続した構成としなければならないために、製造コストが大幅に高騰してしまい、実現は困難なものとなっている。

特開平０８−２２５１６７号公報

そこで、本発明は、簡易な構成で温度上昇する非通紙領域の放熱を重点的に行うことができ、加圧ローラの軸方向温度分布の均一化を容易かつ低コストで実現させることができるようにした定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明にかかる定着装置及びこれを用いた画像形成装置では、トナー像が転写されたシート状記録媒体を加熱ローラと加圧ローラとの間に通して前記トナー像をシート状記録媒体上に定着させるものであって、前記加圧ローラに放熱ローラを接触回転させて前記加圧ローラの熱を拡散させるように構成された定着装置において、前記放熱ローラは、凹凸形状の表面をなすように形成された低放熱部と、平滑形状の表面をなすように形成された高放熱部とが、軸方向に並列された構成になされている。

このような構成を有する本発明によれば、放熱ローラの軸方向に並列された低放熱部及び高放熱部が低コストな表面加工によって容易に形成されるとともに、通紙領域に対応して凹凸形状を有する低放熱部によって加圧ローラに付着したトナーの汚れを掻き取るクリーニング効果も同時に得ることが可能となる。

以上述べたように本発明にかかる定着装置及びそれを備えた画像形成装置は、凹凸形状の表面をなす低放熱部と平滑形状の表面をなす高放熱部とを軸方向に並列した構成としたことにより、放熱ローラの低放熱部及び高放熱部を低コストな表面加工によって容易に形成可能としたものであるから、温度上昇する非通紙領域の放熱を重点的に行って加圧ローラの軸方向温度分布の均一化を容易かつ低コストで実現させることができるとともに、通紙領域に対応して凹凸形状を有する低放熱部によって加圧ローラに付着したトナーの汚れを掻き取るクリーニング効果も同時に得ることが可能となり、定着装置及びそれを備えた画像形成装置の信頼性を極めて低廉にて大幅に向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明するが、以下の実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が無い限り本発明の技術的範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、本発明の実施形態の一例を表していることはいうまでもない。

まず、本発明を適用する画像形成装置の一例としてのプリンタの概略構成を表した図１に示されているように、像担持体として感光ドラム６は、装置本体１の内部に回転自在に支持されており、図示を省略した駆動源によって矢印方向に回転駆動される。その感光ドラム６の周囲には、回転方向に沿ってほぼ順に、当該感光ドラム６を均一に帯電させる帯電装置としての帯電ローラ５、静電潜像を形成するための露光手段であるレーザースキャナ２、静電潜像を顕像化するための現像装置４、記録材に感光ドラム６上のトナー画像を転写するための転写装置である転写ローラ７、感光ドラム６上に残留する未転写トナーを回収するクリーニング装置１１、感光ドラム６の左部には定着装置１０が配置されている。また、前記装置本体１の図示右下部には、紙等のシート状記録媒体状の記録材を収納した給紙カセット８が配置されており、給紙カセット８上部には記録材を給紙する給紙ローラ９が配置されている。

さらに、前述した定着装置１０には、互いに接触配置されることによって定着ニップ部を構成する加熱ローラ１０ａ及び加圧ローラ１０ｂが配置されているとともに、図２に示されているように、上記加圧ローラ１０ｂの下部側に対して放熱ローラ１０ｃが接触回転するように配置されている。これらの各ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの軸方向における幅寸法は、本定着装置１０を含む複写機が対象とするシート状記録媒体の最大サイズ（例えばＡ３サイズ）に対応した幅寸法となるように設定されているとともに、上述した各ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの軸方向中央を基準としたセンター基準で通紙される構成になされている。

すなわち、第１の実施形態における定着装置１０においては、図２中の符号Ａ３，Ａ４，Ｂ５で示されているように、画像形成に使用される各サイズのシート状記録媒体が、加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂとが所定の圧力で接触して形成されたニップ部の軸方向中央部分に対して通紙されるようになっている。そして、上述した加熱ローラ１０ａの内部には、図示しないヒータが内蔵されており、当該ヒータの発熱作用によって前記ニップ部を通過するシート状記録媒体上のトナー像が加熱溶融され、その溶融されたトナー像が加圧ローラ１０ｂの加圧作用によりシート状記録媒体上に定着されるように構成されている。

このようなセンター基準での通紙が行われる定着装置１０で定着処理が行われるにあたって、例えば最小サイズ（例えばＢ５サイズ）のシート状記録媒体が使用された場合、加圧ローラ１０ｂの軸方向中央部分におけるＢ５サイズ相当幅が通紙領域となる。そして、その通紙領域では、定着処理により熱消費がなされることによって温度低下が起こることとなるが、シート状記録媒体が通過しない軸方向両端部分の非通紙領域では、熱消費が無いためにヒータの加熱作用による温度上昇が発生することとなる。その結果、上述した通紙領域（軸方向中央部分）と非通紙領域（軸方向両端部分）との間に温度差を生じた状態となるが、そのような温度差を生じた状態で定着処理が連続されると、背景技術の欄で既に説明した図１０のように、温度上昇する非通紙領域（軸方向両端部分）で加圧ローラ１０ｂが膨張するため、通紙領域（軸方向中央部分）における加圧ローラ１０ｂと加熱ローラ１０ａとの間のニップ量が減少して定着性が低下するおそれがある。そのため、従来では、定着性確保のための定着温調を上昇させたり、更なる温度上昇を防ぐために紙間を広げてシート状記録媒体排出スピードを低下させるなどの対策が必要となっている。

このような問題点を解消するため本発明では、加圧ローラ１０ｂに接触回転される放熱ローラ１０ｃの軸方向の温度分布を均一化させるための表面加工が施されている。より具体的には、図２に示されているように、放熱ローラ１０ｃの軸方向中央部分に、凹凸形状の表面をなす低放熱部１３が配置されているとともに、その低放熱部１３の軸方向両側部分に、平滑形状（ストレート形状）の表面をなす高放熱部１２，１２がそれぞれ配置されている。このような低放熱部１３及び高放熱部１２を軸方向に並設された放熱ローラ１０ｃは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金で形成した素材を表面加工することによって構成される。

そして、このような構成からなる放熱ローラ１０ｃを用いれば、例えば次の表１に示されているように、加圧ローラ１０ｂの表面温度（縦軸）が画像形成枚数（横軸）に伴って平均的に推移することとなる。

すなわち、放熱ローラ１０ｃの高放熱部１２，１２が接触している加圧ローラ１０ｂの軸方向両端部分は、上表１中の破線のように、小サイズのシート状記録媒体を定着処理するときに非通紙領域となって温度上昇していくが、その加圧ローラ１０ｂにおける非通紙領域（軸方向両端部分）には、表面粗さが小さく接触面積の大きい平滑形状（ストレート形状）の高放熱部１２，１２がそれぞれ接触配置されているため、当該加圧ローラ１０ｂの非通紙領域（軸方向両端部分）で発生した熱が高放熱部１２を介して効率的に奪われることとなり熱放散が促進される。

これに対して、放熱ローラ１０ｃの低放熱部１３が接触している加圧ローラ１０ｂの軸方向中央部分は、すべてのシート状記録媒体サイズの定着処理において通紙領域となる部分であるために加圧ローラ１０ｂの熱放散は少ない方がよい。そこで、本実施形態では、表面が粗く接触面積の小さい凹凸形状からなる低放熱部１３が、加圧ローラ１０ｂの通紙領域（軸方向中央部分）に接触配置されており、それによって熱放散が低減されるようになっている。

そして、上述した表面粗さが小さい平滑形状（ストレート形状）になされた高放熱部１２，１２の軸方向範囲を適宜に設定すれば、非通紙領域となることの多い加圧ローラ１０ｂの軸方向両端部分における熱放散が重点的になされることとなり、当該軸方向両端部分における非通紙領域の温度が、上表１中の一点鎖線のように低下された状態で推移し、同表１中の実線で示した通紙領域（軸方向中央部分）とほぼ同等の温度となる。その結果、加圧ローラ１０ｂの軸方向の温度分布が平均化されることとなる。

また、加圧ローラ１０ｂにおける通紙頻度の高い軸方向中央部分に対して、上述した放熱ローラ１０ｃにおける粗い凹凸形状表面の低放熱部１３を配置していることから、加圧ローラ１０ｂの通紙領域（軸方向中央部分）において発生するトナー付着等の汚れについても、例えば次の表２に示されているような良好なクリーニング効果も得られるようになっている。

すなわち、上表２には、画像形成枚数に対応した加圧ローラ１０ｂの表面の汚れの良否（○、△、×）を、従来例（Ｒｅｆ）と本発明とで比較した結果が表されているが、前述した低放熱部１３の凹凸形状表面による掻き取り作用によって、加圧ローラ１０ｂの表面がクリーニングされている。

以上説明した第１の実施形態は、加熱又は加圧の各ローラ１０ａ，１０ｂに対してセンター基準の通紙を行う画像形成装置に本発明を適用したものであるが、上記各ローラ１０ａ，１０ｂの軸方向一端部分を基準とした端部基準の通紙を行う装置に対しても本発明は同様に適用することが可能である。すなわち、図３に表された第２の実施形態では、前述した第１の実施形態にかかる低放熱部１３が、軸方向一端側から所定の範囲までの非通紙領域に合わせて片側に偏らせた配置関係になされている。このような第２の実施形態においても上述した第１の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

次に、図４に示された本発明の第３の実施形態においては、放熱ローラ１０ｃの軸方向両端部分に、上述した第１及び第２の実施形態と同様に放熱性の高い平滑形状（ストレート形状）からなる高放熱部１２，１２がそれぞれ配置されているとともに、軸方向中央部分に低放熱部１４が配置されているが、その低放熱部１４の表面を構成している凹凸形状として、軸心に沿って延びるスパイラル状の溝が採用されている。このような第３の実施形態においても上述した第１及び第２の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

当該第３の実施形態は、加熱又は加圧の各ローラ１０ａ，１０ｂに対してセンター基準の通紙を行う画像形成装置に本発明を適用したものであるが、上記各ローラ１０ａ，１０ｂの軸方向一端部分を基準とした端部基準の通紙を行う装置に対しても本発明は同様に適用することが可能である。すなわち、図５に表された第４の実施形態では、前述した第３の実施形態にかかる低放熱部１４が、軸方向一端側から所定の範囲までの非通紙領域に合わせて片側に偏らせた配置関係になされている。このような第４の実施形態においても上述した第１〜第３の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

また、図６に示された本発明の第５の実施形態においては、放熱ローラ１０ｃの軸方向両端部分が、上述した第１〜第４の実施形態と同様に放熱性の高い平滑形状（ストレート形状）からなる高放熱部１２，１２がそれぞれ配置されているとともに、軸方向中央部分に低放熱部１５が配置されているが、その低放熱部１５の表面を構成している凹凸形状として、軸心に沿った断面形状が略円弧状をなす窪み部を軸方向に連続させた形状が採用されている。このような第５の実施形態においても上述した第１〜第４の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

当該第５の実施形態は、加熱又は加圧の各ローラ１０ａ，１０ｂに対してセンター基準の通紙を行う画像形成装置に本発明を適用したものであるが、上記各ローラ１０ａ，１０ｂの軸方向一端部分を基準とした端部基準の通紙を行う装置に対しても本発明は同様に適用することが可能である。すなわち、図７に表された第６の実施形態では、前述した第５の実施形態にかかる低放熱部１５が、軸方向一端側から所定の範囲までの非通紙領域に合わせて片側に偏らせた配置関係になされている。このような第５の実施形態においても上述した第１〜第４の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

さらに、図８に示された本発明の第７の実施形態においては、放熱ローラ１０ｃの軸方向両端部分が、上述した第１〜第６の実施形態と同様に放熱性の高い平滑形状（ストレート形状）からなる高放熱部１２，１２により形成されているが、軸方向中央部分に配置された低放熱部１３の凹凸形状として、軸心に沿った断面形状が略矩形状をなす窪み部を軸方向に連続させた形状が採用されている。このような第７の実施形態においても上述した第１乃至第３の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

当該第７の実施形態は、加熱又は加圧の各ローラ１０ａ，１０ｂに対してセンター基準の通紙を行う画像形成装置に本発明を適用したものであるが、上記各ローラ１０ａ，１０ｂの軸方向一端部分を基準とした端部基準の通紙を行う装置に対しても本発明は同様に適用することが可能である。すなわち、図９に表された第８の各実施形態では、前述した第７の実施形態にかかる低放熱部１５を、軸方向一端側から所定の範囲までの非通紙領域に合わせて軸方向の片側に偏らせた配置関係になされている。このような第８の実施形態においても上述した第１〜第７の実施形態と同様な作用・効果が奏せられる。

以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。

例えば、上述した各実施形態では、放熱ローラ１０ｃの表面を軸方向に３分割して加工を施した構成になされているが、表面粗さが異なる部位の分割数を更に増加させることも可能であり、その場合には、粗さが最も小さく放熱性が低い低放熱部を軸方向両端部分に配置した複数種類の形状として構成することも可能である。

また、上述した実施形態は、プリンタに対して本発明を適用したものであるが、複写機等の他の画像形成装置に対しても本発明は同様に適用することができる。

以上述べたように本発明は、プリンタや複写機やファクシミリなどの画像形成装置に採用される定着装置に対して広く適用することが可能なものである。

本発明を適用する画像形成装置の一例としてのプリンタの概略構成を模式的に表した縦断面説明図である。 本発明の第１の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第２の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第３の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第４の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第５の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第６の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第７の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 本発明の第８の実施形態における各ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。 従来における加熱ローラと加圧ローラとの接触配置状態を表した正面説明図である。 従来における放熱ローラの接触配置状態を表した正面説明図である。

符号の説明

１：プリンタ
２：レーザースキャナ
３：折り返しミラー
４：現像装置
５：帯電ローラ
６：感光ドラム
７：転写ローラ
８：給紙カセット
９：給紙ローラ
１０：定着装置
１０ａ：加熱ローラ
１０ｂ：加圧ローラ
１０ｃ：放熱ローラ
１１：クリーニング装置
１３，１４，１５，１６：低放熱部
１２：高放熱部

Claims (6)

1. トナー像が転写されたシート状記録媒体を加熱ローラと加圧ローラとの間に通して前記トナー像をシート状記録媒体上に定着させるものであって、
   前記加圧ローラに放熱ローラを接触回転させて前記加圧ローラの熱を拡散させるように構成された定着装置において、
   前記放熱ローラは、凹凸形状の表面をなすように形成された低放熱部と、平滑形状の表面をなすように形成された高放熱部とが、軸方向に並列された構成になされていることを特徴とする定着装置。
2. 前記低放熱部が通紙領域に対応して配置されているとともに、前記高放熱部が非通紙領域に対応して配置されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記低放熱部の凹凸形状は、前記放熱ローラの軸心に沿って延びるスパイラル状の溝から形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記低放熱部の凹凸形状は、前記放熱ローラの軸心に沿った断面形状が略円弧状をなす窪み部を軸方向に連続させることにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 前記低放熱部の凹凸形状は、前記放熱ローラの軸心に沿った断面形状が略矩形状をなす窪み部を軸方向に連続させることにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載された定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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